简易自动干手电路

简易自动干手电路 课程设计任务书 题目 简易自动干手电路 专业 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等: 主要内容 1(阅读相关科技文献。 2(学习电子制图软件的使用。 3(学会整理和设计文档。 4(学习如何查找器件手册及相关参数。 技术要求 要求电路能够通过感应装置，在人们需要干手时，自动打开加热和吹风装置。 1. 2. 要求电路在打开加热和吹风装置一段时间后，自动关断开关。 3. 要求电路能够调节加热和吹风装置开关打开的时间。 主要参考资料 1(何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月 (姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月 2 3(王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月 4(李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月 5(康华光，电子技术基础，高教出版社，2003 完 成 期 限: 2011年7月1日 指导教师签章: 专业负责人签章: 2011 年 6月 23 日 第1页 简易自动干手电路 简易自动干手电路 摘 要 自动干手器是一种广泛应用于洗手间的干手装置，它采用红外线控制的电子开关，当人们将手伸过去时，由于手对红外线的反射会打开电吹风，人手离开时，电吹风又会自动关闭。 自动干手电路包括红外线发射电路、红外线接收电路、时间延迟电路、自动干手器开关电路和电源电路五部分组成。其中红外线发射装置是SE303红外线发射器，时间延迟装置为NE555定时器。当输出端输出低电平时，三极管T截止，没有电流通过。继电器与三极管的集电极相连，若有电流驱动，开关吸合，电磁阙通电，启动电吹风工作;若没有电流驱动，开关断开，电磁阙不通电，电吹风不工作。同时在继电器两端并联二极管用来实现保护，再加一个发光二极管用来显示吹风机是否工作。 关键字 自动干手电路/红外线发射器/红外线接收器/时间延迟电路/电源电路 目 录 第2页 简易自动干手电路 1 介绍与论证 ……………………………………………4 2 设计…………………………………………………5 2.1总体设计…………………………………………………5 2.2 主要单元电路设计………………………………………6 2.2.1 红外线发射电路……………………………………6 2.2.2 红外接收电路………………………………………7 2.2.3 时间延迟电路………………………………………8 2.2.4 吹风机开关电路……………………………………9 2.2.5 电源电路……………………………………………9 3 芯片简介 ……………………………………………………113.1 NE555……………………………………………………11 4 总结与体会 …………………………………………………14 5 参考文献 ……………………………………………………15 附录一 元件清单 …………………………………………16 附录二 工作原理图 ………………………………………18 1 方案介绍与论证 第3页 简易自动干手电路 自动干手器广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公共场所的洗手间。它的工作原理简单来说就是用红外线电子开关来控制电热吹风机，当有人手伸过来时，感应到红外线，电子开关自动将吹风机打开;当人手离开时有自动关闭吹风机。根据原理，用一只普通的电热吹风机，加装一个红外控制开关，就能组成一个自动干手器，通过查阅资料，获得以下方案: 红外线自动干手电路由红外线发射器、红外线接收放大器和开关控制器组成。利用555定时器及多谐振荡器和单稳态触发器等元件即可组成红外线自动干手器电路。当人们需要干手时，人们把手靠近干手器时，由于手对红外线的反射作用，使555定时器构成的单稳态触发器产生一段时间的高电平定时。控制自动干手器打开加热装置和吹风装置一段时间后会自动停止，时间长短可以通过NE555自动的可变电阻器进行调节。 2 工作方案设计 第4页 简易自动干手电路 2.1 总体设计 简易自动干手器控制电路的总体框图如图(1)，它由红外线接收电路、红外线发射电路、时间延迟电路、开关电路和电源电路五部分组成。再加上电吹风电路，就构成的完整的干手器。 红外线发红外线接时间延迟自动干手 电路 射电路 收电路 开关电路 电源电路 图1 总系统框图 , 红外线发射电路的功能: 利用红外线发光管发射脉冲，从而实现对人体的感应。 , 红外线接收电路的功能: 利用光敏元件接收反射回来的光脉冲，并且把光脉冲信号转化为电信号，同时放大该信号。 , 时间延迟电路功能: 利用单稳态电路的特性，实现对自动干手器开关打开时间的控制。 , 自动干手开关电路功能: 利用电磁阀作为自动干手器开关，控制吹风机运行。 , 电源电路功能: 利用变压器及稳压器将220v交流电变为12v直流电为电路供电。 2.2 主要单元电路设计 第5页 简易自动干手电路 2.2.1 红外线发射电路 图2 红外线发射电路 图(2)为红外线发射电路。由555时基电路产生5KHz的频率、占空比为1/3的方波信号，来驱动红外线发光二极管SE303，它由砷化镓(GaAs)PN结构成。该电路的感应装置一般要求不可见，采用红外线发光二极管作为感应装置满足要求。 红外线发光二极管正向电流不能超出其最大额定值。同时作为感应装置则要求其具有较大的光输出。因此可通过脉冲驱动来增大光输出。因此电路前端需要一个脉冲信号电路，采用两个发光二极管增大发射面积。本电路采用的是由NE555集成单稳态电路构成的多谐振荡器组成。其电路运行包含两个过程:首先，利用直流电源经电阻R1和R2对电容C1进行充电;然后，随着V7,、V2电压升高，当V7达到8v左右，NE555复位输出端为低电平，使得C1经电阻R2从NE555集成电路的DISCHG端的放电，当V7降低到4v时，触发器被置位，输出高电平，BJT截至，然后在C2再充电。这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出电路端产生脉冲信号。其输出脉冲信号的频率f和 占空间比q为: 第6页 简易自动干手电路 f=1/0.7(R1+2R2)C1=1/0.7(1MΩ+2*1MΩ)100pF?5KHz q=R1/(R1+2R2)= 1MΩ/(1MΩ+2*1MΩ)=1/3 这样就可以通过输出电路端产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，其中，因为红外反向电压不能过高，用二极管D起保护红外发光二极管的作用。 2.2.2 红外 图3 红外线接收电路 由于红外接受管接收到的信号非常微弱，后续电路无法继续处理，因此必须对接收的信号进行放大，该电路是由电阻R5，R6 ，Q1，Q2 和C3，C4构成。电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电 第7页 简易自动干手电路 路的放大倍数比单管放大倍数增加若干倍，放大效果更好，从而得到更合适的信号。R5和R6为放大电路的集电极偏置电阻，C3,C4为放大电路耦合滤波电容。R4为放大电路反馈电阻，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压V。 2.2.3 时间延迟电路及继电器电路 图4 时间延迟电路以及继电器电路 图(4)中的左边为时间延迟电路，包括整流滤波电路和由NE555集成电路构成的单稳态电路。由红外线接收电路输出的电压V首先经过D5，D6，C5和R9进行整流和滤波，最后在NE555的TRIG端产生了触发电平信号。右边为控制吹风机的继电器开关电路，具体功能如下:若前端电路接收到红外线脉冲信号，经过整流滤波在NE555的TRIG端产生一个低电平信号，由NE555集成电路构成的单稳态电路可知，输出端V3为高电平，发光二极管D7变亮，信号经三极管放大后，开关吸合，电磁阀通电，并能保持一段时间，延迟时间T=1.1RC，由可变电阻R0和电容C6的数值决定，通过调节可变电阻R0的大小来改变延迟时间的长短，从而适应不同的场合;若前端电路没有接收到红外线脉冲信号， 第8页 简易自动干手电路 则NE555输出端V3为低电平，D7不亮，三极管T1截止，开关不能吸合，电磁阀不通电。图中并联在继电器两端的二极管D8起保护电路作用，可防止继电器在断电时产生高压，R10为限流电阻，防止电流过大烧毁三极管，D7是否发光可用来显示吹风机是否工作。 2.2.4 吹风机开关电路 图5 吹风机开关电路 图5 功能说明:S1是总开关，K1即为图4中的开关K1,S2开关闭合，吹风机吹出热风，S2断开，吹风机吹出冷风,电源接220v交流电。 2.2.5 电源电路 电源电路的设计可以采用两种方法来实现:第一种方法是采用电池供电，需要注意的问题是选择合适的电池的指标参数与电路相匹配; 第二种方法采用如图6所示电路。电路直接从电网供电，通过变压器电路，整流电路，滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电通过7812转换为+12V直流电压(为继电器和NE555供电)。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式和C5整流电路，C7,C8和C9，C10滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。 第9页 简易自动干手电路 图6 电源电路 最后将各模块组合在一起，即可构成自动干手器电路的原理图。 3 芯片简介 第10页 简易自动干手电路 3.1 NE555简介 3.1.1概述 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同，而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 3.1.2 特点 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其1. 延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 3.1.3 NE555引脚位配置说明下 第11页 简易自动干手电路 图7 内部电路及引脚图 Pin 1 -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 -当时间周期开始时，555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位，即复位端。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当定时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 - 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 第12页 简易自动干手电路 Pin 8(V +)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。 参数功能特性: 供应电压3-6 mA 输出电流225mA (max) 上升/下降时间100 ns 3.1.4 NE555的相关应用 NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器Monostable Mutlivibrator)及无稳态多谐振荡器(Astable ( Multivibrator)。施密特触发器等。 总结与体会 总结 自动干手器电路是由发射电路、红外接收电路、译码电路、触发和 第13页 简易自动干手电路 继电控制风机电路等组成。该产品可用于医院、食堂、公厕等公共场合，当有人洗手时，该电路会自动开启并关断，使用安全可靠、清洁卫生。 自动干手器主要的组成部分就是555定时器电路。根据555强大的功能可以制造出多种产品，干手器只是其中的一种。在《数字电子技术基础》之中我们已经学习了555定时器，但是只是限于理论知识，没有把它应用到实际之中，通过这次对自动干手器的让我对555定时器又有了更新的认识，同时我也对红外线有了新的了解，知道了红外线遥控的大体内容和原理。 体会 通过这次的课程设计，我对直流稳压电源有了更深刻的认识，尤其是对电路的原理的理解，各元器件功能，特性的认识，当然在设计的过程中，我也遇到了很多困难，看着任务书，看看教材，关于这个题目，我只是见过用过，知道里边好象有红外线接收器，其他的别无所知，不知从何入手，于是我就到图书馆电子资源里查了写相关文献，在网上也搜了些相关资料，终于有了眉目。然而，我们专业根本就没学过画电子图的软件，而此次课程设计必须用到那个软件，那也只能自学了，去图书馆找了本protel 99SE的教程，了解差不多了，画图就不成问题了。最后在对原理有了一个整体的认识后，作出了初步的原理图，然后经过反复的调试后，逐步修改，尽量使其性能达到完美。这个过程我收获最大，使自己的实验理论与实践相结合的能力有了进一步的提高。总之，这次设计使我受益匪浅，也让我对以后的学习与实践自信满满。 参考文献 [1] 何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001，6 [2] 姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001，10 第14页 简易自动干手电路 [3] 王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999，10 [4] 康华光，电子技术基础，高教出版社，2003 [5] 李银华 电子线路设计指导 北京航天航空大学出版社 2005.6 [6] 陈梓城 实用电子线路设计与调试 中国电力出版社 2006，6 附录一 元件清单 元件符号 特性与数量 型号 第15页 简易自动干手电路 R1~R9 1M*2,470,200,10K*3,2K*2, (电1/4W碳膜电阻器E96 阻，单位Ω) 系列 R0 1.8M(电位器，单位Ω) WS16-4 普通单圈 φ17mm 支架卧式 X D,Z 0.5W C1~C622uF*2，0.01uF*2, 陶瓷电容 C8~C11 100pF*2， 470uF*1， 误差(?20%) 10uF*2，0.1uF*1 C7 2200uF 电解电容 额定电压:6.3, 450V SE303 D1，D2 红外发光二极管*2 PT0908-7C D3，D4 红外接收二极管*2 S9014 Q1，Q2 三极管*2 Q3 3DG130 三极管*1 D7 发光二极管*2 Scr系列 D5,6,8 IN4007 二极管*3 NE555 U1，U2 555定时器*2 S1,2 *2 10A、250V的电源开 关 K1 *1 JRX-l3F型l2V直流 继电器 B1 *1 15-25W的交流风扇 第16页 简易自动干手电路 电动机 T1 *1 220V,12V变压器 附录二 第17页 简易自动干手电路 第18页